תַקצִיר
האם אי פעם צללתם לתוך אוקיינוס וראיתם כמה “אבנים” צבועות במים? ה“אבנים” האלה עשויות להיות חיות שנקראות אלמוגים! אלמוגים יוצרים שוניות אלמוגים והם חשובים מאוד, מאחר שאלפי חיות ימיות תלויות בהם כדי לשרוד. האם ידעתם שלאלמוגים ולבני אדם יש משהו במשותף? לשניהם יש מי שנקראים “אורגניזמים הדדיים” (או כמו שאנו אוהבים לכנותם M&M – קיצור של mutualistic (microorganisms שחיים בתוכם! אורגניזמים הדדיים הם אורגניזמים זעירים שמחזקים גם בני אדם וגם אלמוגים כשהם מתחילים לחלות, ומסייעים להם. אחד הגורמים המרכזיים למחלות ולמוות אלמוגים הוא עלייה בטמפרטורת מי הים. הדבר המסקרן הוא שבחלק מהמקומות, כמו למשל בים סוּף, טמפרטורת האוקיינוסים גדולה יותר מבמקומות אחרים, ועדיין ישנם כמה אלמוגים שחיים שם בשמחה. כיצד זה ייתכן? האם M&Ms הם אחד הגורמים שמסייעים לאלמוגים לשרוד בסביבות עם הטמפרטורה הגבוהה הזו?
חיה עתיקה זקוקה לעזרה
אלמוגים היו בסביבה במשך זמן רב, וחיו באוקיינוסים במשך מיליוני שנים, ככל הנראה אפילו לפני שהדינוזאורים היו קיימים. כיום, שוניות אלמוגים מכסות רק 1% משטח האוקיינוס, אולם אחת מכל ארבע חיות ימיות תלויה בשוניות אלמוגים כדי לשרוד. בתוך שוניות האלמוגים חיות הים האלה מוצאות מזון, גרות, מגינות על עצמן מפני טורפים ומולידות צאצאים [1]. מה אם אלמוגים ייעלמו לעד? איפה יחיו כל החיות שתלויות בהם? זה ודאי יהיה אסון גדול (איור 1).
- איור 1 - (A) שונית אלמוגים בריאה, עם יצורים ימיים חיים אחרים שחיים בהרמוניה.
- (B) שונית אלמוגים מולבנת ולא בריאה, ללא אורגניזמים ימיים.
אחד האיומים הגדולים על אלמוגים הוא עליית הטמפרטורות של האוקיינוסים. אף על פי שאלמוגים היו בסביבה במשך מיליוני שנים, הם חיות שבריריות במובנים מסוימים, בפרט כשזה נוגע לשינוי בטמפרטורה. זה מה שקורה: ישנם אורגניזמים שנקראים זוּאָזַנְתֶּלִי (zooxanthellae), שהם קטנים מאוד וחיים בתוך מרבית האלמוגים במים רדודים. הזואזנתלי האלה יכולים לבצע פוטוסינתזה; במילים אחרות, הם יכולים להפוך אור שמש למזון. הם גם כל כך יעילים בייצור מזון מאור השמש שהם יכולים להזין את עצמם וגם את האלמוגים. לכן, מקור המזון והאנרגיה העיקרי עבור גדילת האלמוגים האלה מגיע מזואזנתלי שחיים בתוכם. בתמורה, אלמוגים מגינים על זואזנתלי ומספקים חלק מחומרי המזון כדי לסייע להם לגדול. הקשר הידידותי מאוד הזה בין האלמוגים והזואזנתלי ידוע כהדדיוּת.
כאשר טמפרטורות האוקיינוס עולות, בעיקר כתוצאה מהתחממות גלובלית ומאפקט החממה, הקשר הידידותי שבין אלמוגים וזואזנתלי נעשה פחות ידידותי. זואזנתלי מתחילים לייצר פחות מזון, כמו גם תרכובות רעילות מסוימות, ואלמוגים מתחילים לבעוט אותם מחוץ לבתים שלהם. באופן הזה, אלמוגים מאבדים את מקור האנרגיה העיקרי שלהם, וגם מאבדים את הצבעים החומים/ ירוקים שפעם היו להם, והופכים ללבנים. תופעה זו נקראת “הלבּנת אלמוגים” [2]. מאחר שזואזנתלי מסייעים להגן על אלמוגים מפני השמש, כאשר האלמוגים מולבנים הם לא מוגנים מהשפעות מזיקות של אור שמש ישיר. במקרים קיצוניים, חלק מהאלמוגים ינסו להגן על עצמם על ידי הגבּרת הצבעים הכחלחלים, הצהבהבים או הסגולים שלהם [3]. הצבעים הבהירים האלה פועלים כמו קרם הגנה, והם המוצא האחרון שיש לחלק מהאלמוגים כדי להגן על עצמם מהשמש.
אם אלמוגים מאבדים את הזואזנתלי לתקופת זמן ארוכה, לא תהיה להם האנרגיה הדרושה לשרוד, ובסופו של דבר הם ימותו. זו ההשפעה השלילית העיקרית של עליית טמפרטורות האוקיינוס, ובנקודה הזו ה-M&Ms עשויים להיות מסוגלים לסייע לאלמוגים, דרך תפקידם כפרוביוֹטיקוֹת.
המצילים הגדולים: פרוביוטיקות
פרוביוטיקות הם מיקרואורגניזמים שיכולים לשמש כדי לְסַפֵּק תועלות בריאותיות לאורגניזם שהם חיים בתוכו או עליו, שנקרא מארח. אצל בני אדם, לדוגמה, פרוביוטיקות שימשו לסייע עם עיכול של מזון ולהגן על אנשים מפני פלישות של מיקרואורגניזמים גורמי מחלות שנקראים פָּתוֹגֶנִים. M&Ms הם מועמדים טובים לשימוש כפרוביוטיקות, מאחר שהאורגניזמים האלה כבר ידועים כמספקים תועלות למארחים שלהם. אינטראקציות חיוביות בין M&Ms לבין המארחים שלהם לא מתרחשות רק בבני אדם ובאלמוגים. הרבה צמחים גם משתמשים בקשרים הדדיים עם מיקרואורגניזמים כדי לגדול.קטניות, שכוללות צמחים מייצרי גרעינים חשובים כמו שעועית, אפונה ובוטנים, הן דוגמאות טובות. לקטניות יש מיקרואוגניזמים שחיים בתוך שורשיהן, וחלק מהם נקראים ריזוֹבקטריות מעודדות גדילה. המיקרואורגניזמים המועילים האלה מספקים לקטניות חנקן, שהוא אלמנט הכרחי עבור גדילה של צמחים חזקים.
האם יכול להיות שסיפוק יותר מיקרואורגניזמים הדדיים לאלמוגים מתקשים עשוי לסייע להם לשרוד בטמפרטורות מים גבוהות יותר? אף על פי שלאלמוגים אין מערכת עיכול כמו לבני אדם, או שורשים כמו לצמחים, עדיין יש להם מיקרואורגניזמים שמקושרים אליהם אשר יכולים להיות מועילים. המיקרואורגניזמים האלה מגינים על אלמוגים מפני פתוגנים, פועלים כמזון לאלמוגים, או מספקים חלק מחומרי המזון שאלמוגים זקוקים להם כדי לגדול [4]. אז אולי אנו גם יכולים להשתמש במיקרואורגניזמים טובים שחיים עם אלמוגים כפרוביוטיקות. חוקרים ברחבי העולם חקרו אם פרוביוטיקות יכולות לסייע לאלמוגים כאשר אלמוגים נמצאים בסכנה בשל טמפרטורות האוקיינוס העולות.
מחקר עכשווי הראה שֶׁכֵּן, פרוביוטיקות עשויות לסייע לאלמוגים לשרוד במהלך סטרס של חום. במחקר הזה, החוקרים בודדו כמה מיקרואורגניזמים שחיים על אלמוגים וגידלו אותם במעבדה. כל המיקרואורגניזמים האלה נבחנו, באמצעות שיטות מעבדה שונות, כדי לברר אלה מיקרואורגניזמים יכולים באופן פוטנציאלי לסייע לאלמוגים מוחלשים לשרוד. החוקרים מצאו שבעה “סופר-מיקרואורגניזמים פוטנציאליים” כאלה, וערכו ניסוי במטרה לראות אם המיקרואורגניזמים האלה יכלו לפעול כפרוביוטיקות ולהגן על אלמוגים בטמפרטורות מים עולות (איורים 2A,B). כדי לחשוב על הניסוי הזה באופן ויזואלי, דמיינו שני אקווריומים בגודל של קופסאות נעליים, שכל אחד מהם מכיל בתוכו מים ושלושה אלמוגים קטנים (בגודל של כדורי פינג פונג). החוקרים העלו את טמפרטורת המים בשני האקווריומים לטמפרטורה שבה האלמוגים התחילו להיחלש. באקווריום אחד, הם הוסיפו מיקרואורגניזמים עם פוטנציאל פרוביוטי לאלמוגים, ובאקווריום אחר הם פשוט השאירו את האלמוגים לבד, בלי להוסיף פרוביוטיקות. בסיום הניסויים האלה, החוקרים הראו כי האלמוגים שקיבלו את הפרוביוטיקות האלה היו הרבה יותר חזקים, שמחים וצבעוניים מאשר אלמוגים שלא קיבלו את הפרוביוטיקות. זו הייתה הראיה הראשונה לכך שפרוביוטיקות עשויות לסייע לאלמוגים לשרוד כשהם חולים או בסטרס מעלייה בטמפרטורה. “הסופר-אורגניזמים הפוטנציאליים” שנבחנו יכלו לכן להיקרא “סופר-אורגניזמים בפועל”. אנימציה שמראה את פעולתן של פרוביוטיקות של אלמוגים זמינה בקישור הזה (https://youtu.be/toYkTciZyuQ). זיכרו שעד כה הפרוביוטיקות האלה נבחנו רק במעבדה עם מספר מינֵי אלמוגים, ולכן עדיין איננו יודעים בוודאות אם הן פועלות על כל האלמוגים בסביבה האמיתית של האוקיינוס.
- איור 2 - פרוביוטיקות של אלמוגים מסייעות לאלמוגים לשרוד בטמפרטורות מים גבוהות.
- (A) אלמוגים שלא מוגנים על ידי פרוביוטיקות מאבדים את הזואזנתלי שלהם ונעשים מולבנים כאשר טמפרטורת המים עולה ב-4 מעלות צלזיוס מעל לטמפרטורה האידיאלית. (B) אלמוגים שמוגנים על ידי פרוביוטיקות לא מאבדים את הזואזנתלי שלהם ושומרים על צבעם, אפילו כאשר הטמפרטורה עולה ב-4 מעלות מעל לטמפרטורה האידיאלית. זה אומר לנו שמיקרואורגניזמים פרוביוטיים מסוימים יכולים לסייע להגן על אלמוגים כנגד עליית טמפרטורת המים.
כיצד פרוביוטיקות מסייעות לאלמוגים בפועל?
חוקרים עדיין אינם מבינים בדיוק כיצד פרוביוטיקות מסייעות לאלמוגים. ייתכן שהמיקרואורגניזמים הפרוביוטיים האלה מסייעים לשמור על הקשר ההדדי בין זואזנתלי לבין אלמוגים יציב, מה שמפחית הלבנה. אולי מיקרואורגניזמים מצליחים איכשהו לרכך את הקשר המורכב הזה בטמפרטורות גבוהות יותר, מה שמונע מאלמוגים לסלק את הזואזנתלי, כך שאלמוגים לא מאבדים את מקור האנרגיה עבור גדילתם.
אפשרות שנייה היא שמיקרואורגניזמים פרוביוטים בעצמם יכולים לספק אנרגיה לאלמוגים, על ידי שחרור כמויות גדולות של חומרי מזון או אפילו על ידי היאכלות ישירה על ידי אלמוגים. אם המיקרואורגניזמים הפרוביוטים איכשהו מזינים אלמוגים, האלמוגים עשויים להרגיש פחות בסטרס מאיבוד חלק מהמזון שמגיע מהזואזנתלי. ישנן אפשרויות רבות לגבי האופן שבו אורגניזמים פרוביוטים מסייעים לאלמוגים, ונדרשים מחקרים נוספים כדי לגלות ולהבין מה בדיוק מתרחש באינטראקציה הזו בקרב מיקרואורגניזמים, זואזנתלי ואלמוגים.
ים סוּף: מקור אפשרי לפרוביוטיקות
נסו לדמיין מקום שבו טמפרטורת האוקיינוס הממוצעת גבוהה באופן טבעי. מקום שבו טמפרטורת המים גבוהה מספיק כך שאלמוגים מכל מקום אחר בעולם לא יכלו לשרוד בהם. המקום הזה הוא ים סוּף, אזור שממוקם בין אפריקה לאסיה. שם, טמפרטורת המים יכולה להגיע ל-33 מעלות צלזיוס [5], בעוד שטמפרטורת האוקיינוס בכל מקום אחר בעולם שבו אלמוגים חיים היא בסביבות 25 מעלות צלזיוס.
הבדל הטמפרטורה הזה בין ים סוף לבין אזורים אחרים בעולם עשוי להיראות קטן, אולם עבור אלמוגים, שרגישים מאוד לשינויים בטמפרטורה, ההבדל הזה גדול מאוד ומסוכן. אם כן, כיצד אלמוגים חיים בשמחה במשך אלפי שנים בים סוף? מדענים חושבים שזה יכול להיות בגלל סיוע של מיקרואורגניזמים שיש לאלמוגים האלה.
ייתכן שהמיקרואורגניזמים האלה התפתחו עם אלמוגים והסתגלו לטמפרטורות הגבוהות של ים סוף, כך שהם יכולים לתת לאלמוגים שלהם מספיק כוח להתמודד עם הטמפרטורות הגבוהות האלה. זה הופך את ים סוף למקור אפשרי למחקר חדש על פרוביוטיקות.
חלק מהמחקרים נערכים בים סוף במטרה למצוא מיקרואורגניזמים מועילים חדשים שיוכלו להפוך אלמוגים לסופר-אלמוגים שמסוגלים לשרוד בטמפרטורות גבוהות. אם נמצא מיקרואורגניזמים כאלה, נוכל להשתמש בהם כדי להגן על אלמוגים שחיים באזורים אחרים בעולם שסובלים מטמפרטורות אוקיינוס גבוהות. זה עשוי לספק לאלמוגים האלה שחיים בסטרס סיכויים טובים יותר להישאר בחיים, וגם עשוי להגן על חייהם של כל היצורים הימיים האחרים ששוניות אלמוגים מהוות בית עבורם.
מילון מונחים
פוטוסינתזה (Photosynthesis): ↑ תהליך כימי שמשמש אורגניזמים רבים (כמו למשל צמחים והרבה מיקרובים) כדי להשתמש באנרגיית אור לייצר סוכרים מפחמן דו-חמצני.
הדדיות (Mutualism): ↑ האינטראקציה בין שני מינים או יותר, שבה כל אורגניזם מרוויח מהאינטראקציה בדרך כלשהי.
פרוביוטיקות (Probiotics): ↑ אורגניזמים חיים שמספקים תועלות בריאותיות כאשר הם באים במגע עם המארח.
מארח (Host): ↑ אורגניזם שמאכלס אורגניזם אחר כאורח, כאשר האורח באופן טיפוסי מקבל הזנה ומחסה מהמארח.
הצהרת ניגוד אינטרסים
המחברים מצהירים כי המחקר נערך בהעדר כל קשר מסחרי או פיננסי שיכול להתפרש כניגוד אינטרסים פוטנציאלי.
מאמר המקור
↑Rosado, P. M., Leite, D. C. A., Duarte, G. A. S., Chaloub, R. M., Jospin, G., Nunes da Rocha, U., et al. 2018. Marine probiotics: increasing coral resistance to bleaching through microbiome manipulation. ISME J. 13:921–36. doi: 10.1038/s41396-018-0323-6
מקורות
[1] ↑ Sheppard, C., Davy, S., Pilling, G., and Graham, N. 2018. The Biology of Coral Reefs. 2nd Edn. Oxford: Oxford University Press. doi: 10.1093/oso/9780198787341.001.0001
[2] ↑ Hughes, T. P., Kerry, J. T., Alvarez-Noriega, M., Alvarez-Romero, J. G., Anderson, K. D., Baird, A. H., et al. 2017. Global warming and recurrent mass bleaching of corals. Nature 543:373–7. doi: 10.1038/nature21707
[3] ↑ Gittins, J. R., D’Angelo, C., Oswald, F., Edwards, R. J., and Wiedenmann, J. 2015. Fluorescent protein-mediated colour polymorphism in reef corals: multicopy genes extend the adaptation/acclimatization potential to variable light environments. Mol. Ecol. 24:453–65. doi: 10.1111/mec.13041
[4] ↑ Peixoto, R. S., Rosado, P. M., Leite, D. C. A., Rosado, A. S., and Bourne, D. G. 2017. Beneficial microorganisms for corals (BMC): proposed mechanisms for coral health and resilience. Front. Microbiol. 8:341. doi: 10.3389/fmicb.2017.00341
[5] ↑ Sawall, Y., Al-Sofyani, A., Banguera-Hinestroza, E., and Voolstra, C. R. 2014. Spatio-temporal analyses of symbiodinium physiology of the coral Pocillopora verrucosa along large-scale nutrient and temperature gradients in the Red Sea. PLoS ONE 9:e103179. doi: 10.1371/journal.pone.0103179